科学新知：2022 Nature (IF 49.962), 透过溶液处理达到超高电导率的n型导电聚合物！
自掺杂聚乙炔的开创性工作以来，具有高导电性和溶液可加工性的导电聚合物（Conducting polymer，CP）已经取得了巨大的进步，从而开创了「有机合成金属」的新领域。各种高性能的CP已经被实现，这使得一些有机电子器件的应用成为可能。为了实现高导电的n型导电聚合物（n-CPs），应该同时获得高效的电子传输和高载流子浓度。到目前为止，已经实现具有里程碑电导率达到100 S cm-1的n-CP。然而，大多数高性能的n-CP具有复杂的化学结构，需要繁琐的掺杂程序，涉及多个合成步骤和无氧条件，限制了从研究到大规模商业生产的技术过渡。目前，要实现具有千级电导率和金属状态的n-CP且能与p型CPs相媲美仍然是一个挑战。这就要求在开发n-CP方面取得突破性进展。
研究者们于2022年在Nature发表一篇研究。此处，作者们提出了一种易于合成的高导电性n型聚合物聚（苯并二呋喃二酮）（PBFDO）。该反应结合了氧化聚合和原位还原n型掺杂，大幅提高了掺杂效率，每重复单元可达到近0.9个电荷掺杂水平。结果发现：
1.所得聚合物具有超过2,000 S cm-1的突破性电导率，具有出色的稳定性和出乎意料的溶液加工性，无需额外的侧炼或表面活性剂。
2.此外，对PBFDO的详细调查显示了连贯的电荷传输特性和金属状态的存在。
进一步证明电化学晶体管管和热发电机的基准性能，从而为n型CP在有机电子中的应用铺平了道路。
结合氧化聚合和还原n掺杂合成PBFDO的可能机制。该反应从 TMQ 促进的内酯通过自由基途径二聚开始，然后是氧化脱氢。随着氧化聚合的进行，形成的聚合物可以同时掺杂生成的 TMQH。掺杂还使掺杂的聚合物可溶于 DMSO。
PBFDO 的温度相关电导率和霍尔测量值，a，W(T) 与 PBFDO 薄膜温度的对数图。虚线表示绝缘体和金属的特性。 b，低温下的导电性能。 c，霍尔测量示意图。 d，霍尔电阻 VH/I 在 20 至 323 K 的各种温度范围内测量。 e，电导率的温度依赖性 (σ)。 f，假设理想霍尔效应，逆霍尔系数 RH-1 和平均载流子浓度的温度依赖性。 g，根据 μH = RHσ 估计的霍尔迁移率 μH 的温度依赖性。
PBFDO 在不同温度下的 Py-IR 光谱。
本文关键词：导电聚合物、Conducting polymer、导电性、conductivity、有机电子、organic electronic、掺杂效率、doping efficiency
